正如之前所述,很久以前,人們就知道在奧氏體不銹鋼中添加鉬之后,耐點腐(fu)蝕(shi)能力會有所提高,這也適用于實際的鋼種。日本從1970年開始關注鉻對耐腐蝕性的影響,與此同時,也紛紛開始研究其他合金元素對耐蝕性的影響。伴隨著這些研究的開展,能改善耐點腐蝕性的奧氏體不銹鋼也被開發出來了。


  井上(shang)等(deng)(1973年)首先把15%~.25%Cr、6.5%~7%Ni、0.5%~5.5%Mo、0.03%~0.35%N、0.01%~0.08%C在規(gui)定范圍(wei)內按照各種組合制成奧氏體不銹鋼,然后把這些(xie)不銹鋼置于30℃的(de)(de)10%FeCl3+1/20 mol/dm3HCl溶液中,采用多(duo)重回(hui)歸分(fen)析方法整(zheng)理(li)出了由點腐(fu)蝕造成的(de)(de)腐(fu)蝕減量和化(hua)學組成之(zhi)間的(de)(de)關系,并把腐(fu)蝕減量的(de)(de)推算值Δw(g/(㎡·h))與(yu)化(hua)學組成之(zhi)間的(de)(de)關系用式(8-1)表示出來。


  log(Δw)=-0.3154(Cr+84.9C+10.2Si-0.3Mn+0.195Ni+2.5Mo+34.6N)+13.9820(8-1)


圖 3.jpg


  在(zai)(zai)(zai)這里,各種元(yuan)素(su)均用mass%表(biao)示(shi)(shi)。這一公(gong)式表(biao)明(ming),C、N、Si、Mo、Cr使(shi)耐(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)能力(li)增強(qiang),而Mn卻具有(you)負面(mian)影(ying)(ying)響。此(ci)外(wai),關于(yu)各種合(he)(he)金(jin)(jin)元(yuan)素(su)對(dui)17 Cr-16 Ni鋼(gang)(gang)和17 Cr-16 Ni-4Mo鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)耐(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)影(ying)(ying)響,遲澤等(deng)人(1975年)采(cai)用氯(lv)化(hua)(hua)鐵浸泡試驗和對(dui)氯(lv)化(hua)(hua)物水溶(rong)(rong)(rong)液(ye)中(zhong)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)電(dian)位的(de)(de)(de)(de)測定(ding),進(jin)行了系(xi)統性(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)研究(jiu)。其中(zhong),把合(he)(he)金(jin)(jin)元(yuan)素(su)對(dui)17 Cr-16 Ni鋼(gang)(gang)影(ying)(ying)響的(de)(de)(de)(de)一部分用圖(tu)8.3表(biao)示(shi)(shi)了出來,從而證實了C、N、Si、Mo、Cu、W等(deng)元(yuan)素(su)使(shi)耐(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)能力(li)得到了提高。圖(tu)8.4 用來表(biao)示(shi)(shi)添加合(he)(he)金(jin)(jin)元(yuan)素(su)對(dui)耐(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)影(ying)(ying)響,如圖(tu)8.4所示(shi)(shi),在(zai)(zai)(zai)酸性(xing)(xing)氯(lv)化(hua)(hua)物水溶(rong)(rong)(rong)液(ye)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)鈍(dun)化(hua)(hua)臨(lin)界電(dian)流密度與(yu)氯(lv)化(hua)(hua)物水溶(rong)(rong)(rong)液(ye)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)電(dian)位之(zhi)間的(de)(de)(de)(de)關系(xi)圖(tu)上,合(he)(he)金(jin)(jin)元(yuan)素(su)的(de)(de)(de)(de)影(ying)(ying)響顯(xian)示(shi)(shi)為曲(qu)線,這表(biao)明(ming)在(zai)(zai)(zai)促(cu)使(shi)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)發生(sheng)鈍(dun)化(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)合(he)(he)金(jin)(jin)化(hua)(hua)過程中(zhong),耐(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)能力(li)有(you)增強(qiang)的(de)(de)(de)(de)傾向。但是在(zai)(zai)(zai)圖(tu)8.4中(zhong),只有(you)添加了氮(dan)的(de)(de)(de)(de)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)偏離(li)(li)了整體的(de)(de)(de)(de)趨勢,與(yu)鈍(dun)化(hua)(hua)能力(li)(豎軸)相比,它更(geng)有(you)助(zhu)于(yu)提高點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)電(dian)位,所以(yi)只有(you)氮(dan)以(yi)不同的(de)(de)(de)(de)原理(li)使(shi)耐(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)得到增強(qiang)。此(ci)外(wai),在(zai)(zai)(zai)蝕(shi)(shi)孔生(sheng)成時(shi)氮(dan)以(yi)NH4 陽離(li)(li)子的(de)(de)(de)(de)形式存在(zai)(zai)(zai)于(yu)液(ye)體中(zhong),由此(ci)可推(tui)斷氮(dan)元(yuan)素(su)是通過抑制點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)發生(sheng)處(chu)的(de)(de)(de)(de)pH值(zhi)下(xia)降,來避免點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)進(jin)一步發展。


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  正(zheng)如表8.2所總結的(de)那(nei)樣(yang),人們直到1975年左右,才比較定(ding)性、比較明確地認(ren)識了合金(jin)(jin)元素對奧氏體不(bu)銹鋼點腐蝕(shi)的(de)影(ying)響(xiang)(xiang),進而通過(guo)提(ti)高Cr、Mo、N含量和降(jiang)低Mn、S含量等(deng)方法,開發具有耐點腐蝕(shi)能力的(de)不(bu)銹鋼。此(ci)外,如下所述,研(yan)究者在詳細探討鉻(ge)、鎳、鉬、銅、氮等(deng)元素的(de)影(ying)響(xiang)(xiang)同(tong)時(shi),漸漸轉為研(yan)究合金(jin)(jin)元素對縫隙腐蝕(shi)的(de)影(ying)響(xiang)(xiang)。



鹽原等(1975年)研究了Mo、V、Si元素對18 Cr-20Ni鋼的點腐蝕和縫(feng)隙腐蝕的影響,從而證實了V、Si與Mo同時存在時,防蝕效果更顯著。另外,小田等(1976年)證實了銅的添加對25 Cr-23 Ni-3 Mo鋼的點腐蝕影響較小,尤其是添加銅元素后,在25℃的5%NaCl+2%H2O2溶液中的縫隙腐蝕量會減少。





  另(ling)一(yi)方面,中田(1976年)檢測(ce)了(le)合(he)金(jin)元素對(dui)耐(nai)縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)腐(fu)蝕性的(de)(de)判斷(duan)標準-脫鈍化(hua)(hua)pH(pHa)的(de)(de)影(ying)響,把(ba)合(he)金(jin)中的(de)(de)(%Cr)+3(%Mo)+0.5(%Ni)對(dui)pHa的(de)(de)影(ying)響用(yong)圖8.5 表(biao)示了(le)出來(lai),并證明(ming)(ming)了(le)銅能(neng)有效(xiao)抑(yi)制(zhi)縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)腐(fu)蝕(1977年),后在(zai)上述公式中加入2(%Cu),用(yong)圖8.6表(biao)明(ming)(ming)了(le)與縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)腐(fu)蝕量的(de)(de)關系。一(yi)般認(ren)為(wei),鉬對(dui)縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)腐(fu)蝕的(de)(de)影(ying)響效(xiao)果(guo)通過(guo)由鉬酸生(sheng)(sheng)成(cheng)(cheng)引(yin)起的(de)(de)再鈍化(hua)(hua)來(lai)實現。根據鈴木(1979年)的(de)(de)研究成(cheng)(cheng)果(guo),一(yi)般來(lai)說,鉬在(zai)奧氏體不銹(xiu)鋼或鐵素體不銹(xiu)鋼中的(de)(de)濃度(du)(du)大于(yu)2%~3%時(shi),就(jiu)能(neng)有效(xiao)抑(yi)制(zhi)縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)腐(fu)蝕的(de)(de)發生(sheng)(sheng)。如果(guo)鉬在(zai)縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)中偏析后能(neng)發生(sheng)(sheng)再鈍化(hua)(hua),那么為(wei)確(que)保一(yi)定比(bi)例(li)以上的(de)(de)阻化(hua)(hua)劑濃度(du)(du),2%~3%的(de)(de)鉬就(jiu)是必要的(de)(de)組成(cheng)(cheng)部分。


 圖 6.jpg 圖 5.jpg



   此(ci)外,小林等(1978年)研究了氮(dan)是如何影響Cr、Ni、Mo含量不(bu)同的(de)(de)奧(ao)氏(shi)體不(bu)銹鋼的(de)(de)點(dian)(dian)腐蝕(shi)和縫隙腐蝕(shi)的(de)(de),他發現在20%~24%Cr、12%~20%Ni、2.5%~4.4%Mo這一(yi)范圍內的(de)(de)不(bu)銹鋼,比(bi)如22 Cr-20 Ni-3 Mo鋼中添加氮(dan)后,點(dian)(dian)腐蝕(shi)臨界溫度升高,能(neng)有效抗(kang)腐蝕(shi)。鉻及(ji)鉬(mu)的(de)(de)含量越高,抗(kang)腐蝕(shi)效果越明(ming)顯,而且氮(dan)也能(neng)改善縫隙腐蝕(shi)性,這一(yi)效果也多見于高鉻、高鉬(mu)鋼。


 杉(shan)本等(deng)(1980年)針對0.3%~4%Cu、0.03%~0.1%N、0.8%~1.5%Si對19 Cr-10 Ni-1 Mo鋼耐(nai)(nai)蝕(shi)性(xing)的影響進行了研究(jiu)。他們(men)測定了其在(zai)25℃的3.5%NaCl及80℃的1000x10-4%(ppm)Cl-中(zhong)的點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)電(dian)位,結果顯示銅使(shi)耐(nai)(nai)點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)降低,而氮和硅使(shi)耐(nai)(nai)點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)升高,并開發了與SUS316一樣的耐(nai)(nai)局部腐(fu)(fu)蝕(shi)不(bu)銹鋼,即鉬(mu)含(han)量(liang)減少(shao)的19Cr-10Ni-1Mo-1.5Si-0.1N鋼。


  關于Cu(0.5%~2%)、Mo(0.5%~1%)對18Cr-10Ni鋼局(ju)部(bu)腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)影(ying)響,大橋等(1980年)測(ce)定了在40℃的(de)(de)5%NaCl溶液中的(de)(de)點(dian)腐(fu)蝕(shi)電(dian)位,發現銅有使(shi)點(dian)腐(fu)蝕(shi)電(dian)位略微降低(di)的(de)(de)傾向,銅的(de)(de)添加使(shi)40℃的(de)(de)5%NaCl+2%H2O2溶液中的(de)(de)腐(fu)蝕(shi)度降低(di),使(shi)縫隙部(bu)位的(de)(de)腐(fu)蝕(shi)均勻(yun)。


此外,針對Ni(20%~45%)和Cr(15%~30%)對含(han)3%Mo的(de)高鎳奧氏體不銹鋼(gang)的(de)影響,本田等(1983年)通(tong)過(guo)氯化鐵浸泡試驗(yan)進行了(le)研究,結(jie)果(guo)如圖8.7所示,鎳的(de)防蝕(shi)效果(guo)雖比鉻小,但添加大量的(de)鎳后,效果(guo)就比較明(ming)顯。


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  另外,20Cr-25Ni-6Mo鋼具有良好的(de)(de)耐局部腐蝕(shi)性,名越(yue)等(1984年)就Cu、N、Ni含量對該(gai)鋼點腐蝕(shi)和(he)(he)縫隙(xi)腐蝕(shi)的(de)(de)影響進行了深(shen)入的(de)(de)研究,從而證實(shi)了氮具有耐點腐蝕(shi)的(de)(de)效果(guo),與(yu)此同時(shi)也表明了鎳含量的(de)(de)減少(shao)能降(jiang)低焊接部位的(de)(de)耐蝕(shi)性。另外他(ta)們(men)還進行了實(shi)驗室及海水(shui)浸泡實(shi)驗,由此證實(shi)了通(tong)過添(tian)加(jia)氮元素和(he)(he)降(jiang)低硫含量,銅(tong)添(tian)加(jia)鋼的(de)(de)耐點腐蝕(shi)性和(he)(he)耐縫隙(xi)腐蝕(shi)性增強。


 宇城等(deng)(1984年)也對改變Ni、N含(han)量后的26Cr-19~30Ni-6Mo鋼(gang)(gang)和20Cr-22~25Ni-6Mo鋼(gang)(gang)進行了(le)(le)點腐(fu)蝕(shi)(shi)電位測定和氯化鐵浸泡(pao)試驗,從(cong)而(er)證實了(le)(le)氮元素能顯著提(ti)高耐(nai)點腐(fu)蝕(shi)(shi)性、耐(nai)縫隙(xi)(xi)腐(fu)蝕(shi)(shi)性,并表明(ming)了(le)(le)縫隙(xi)(xi)腐(fu)蝕(shi)(shi)性大致可以用%Cr+3(%Mo)+70(%N)來衡量。此(ci)后,太田(tian)等(deng)(1986年)針對添加(jia)了(le)(le)0.7%N的20Cr-10Ni 鋼(gang)(gang),采用加(jia)壓溶解的方法測定了(le)(le)該(gai)鋼(gang)(gang)在40℃的0.5 mol/dm3 NaCl 溶液中(zhong)的點腐(fu)蝕(shi)(shi)電位,結果表明(ming)20Cr-10Ni-0.7N鋼(gang)(gang)的耐(nai)點腐(fu)蝕(shi)(shi)性比(bi)SUS316鋼(gang)(gang)優良(liang)得多(duo)。


 岡山等(deng)(1987年(nian))測(ce)定了80℃的(de)3%NaCl溶液中的(de)縫隙再鈍化(hua)電位(wei)(ER),采(cai)用多(duo)重(zhong)回(hui)歸分(fen)析(xi)法分(fen)析(xi)了合(he)金元(yuan)(yuan)素(su)對(dui)ER的(de)影響(xiang)。該(gai)分(fen)析(xi)結果表(biao)(biao)明,對(dui)奧氏體不銹鋼(gang)(gang)來說,鉻和鉬(mu)(mu)使(shi)(shi)ER升(sheng)(sheng)(sheng)高,但鉬(mu)(mu)對(dui)含(han)(han)有2%~3%Cu的(de)不銹鋼(gang)(gang)卻沒有這種作用,而是銅的(de)添(tian)加使(shi)(shi)ER升(sheng)(sheng)(sheng)高。另外,該(gai)結果還表(biao)(biao)明鎳含(han)(han)量的(de)增(zeng)加使(shi)(shi)ER降低(di),氮沒有使(shi)(shi)ER升(sheng)(sheng)(sheng)高。并(bing)且他(ta)們在(zai)25℃、12%NaCl溶液中測(ce)量出(chu)奧氏體不銹鋼(gang)(gang)的(de)脫鈍化(hua)pH(pHa)值,并(bing)把合(he)金元(yuan)(yuan)素(su)對(dui)pH,值的(de)影響(xiang)用下式表(biao)(biao)示出(chu)來,其中元(yuan)(yuan)素(su)用mass%表(biao)(biao)示。


pHd=-0.248Cr+1.29logNi-0.219Mo+2.66C+74.9S+4.09


另外,針對(dui)Cu含量(liang)在0.9%以(yi)上的奧氏體不銹鋼(gang),得出下式:


pHd=-0.144Cr+1.73logNi-0.206Mo-0.146Cu+1.17Si-0.177Nb+1.89


 也就是(shi)說,Cr、Mo、Cu使pH,值降低(di),但與鐵素體不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)或雙相不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)不(bu)(bu)同的(de)(de)是(shi),鎳使奧氏體不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)pH,值下降。可見,在鎳對不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)影(ying)響(xiang)方(fang)面,這一(yi)結果(guo)與剛才(cai)所示的(de)(de)中田(tian)等人的(de)(de)結果(guo)相矛盾。而且在這一(yi)研究中沒(mei)有(you)涉及氮元(yuan)素的(de)(de)影(ying)響(xiang)。


針對(dui)18Cr-14Ni和14Cr-16Ni鋼(gang),陳等(deng)人(1996年(nian))通(tong)過(guo)使用莫(mo)爾條(tiao)紋法的(de)(de)腐蝕面(mian)三(san)維(wei)測量系統(tong),測定了合金元(yuan)素(P、Si、Mn、Cu、Al)對(dui)這兩(liang)種鋼(gang)在80℃、3%NaCl溶液中產(chan)生縫(feng)隙(xi)腐蝕和腐蝕擴散時(shi)的(de)(de)溶解所造成(cheng)的(de)(de)影響(xiang)。該研究結果(guo)表明(ming),合金元(yuan)素對(dui)初級階段(duan)的(de)(de)縫(feng)隙(xi)腐蝕只(zhi)產(chan)生很(hen)小的(de)(de)影響(xiang),而對(dui)處于(yu)發展(zhan)階段(duan)的(de)(de)腐蝕(即ER)的(de)(de)影響(xiang)卻很(hen)大(da)。


上(shang)述各個試驗結果明確了Cr、Mo、N對縫隙腐蝕具有(you)(you)抑制效果。關于鎳的(de)影響目前還(huan)不(bu)清楚,但因為奧氏體不(bu)銹鋼中含(han)有(you)(you)大量(liang)的(de)鎳,所以今后(hou)應該進一步明確鎳對腐蝕的(de)影響程度及(ji)其結構。